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1、机械设计（第八版）复习西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著第二章 机械设计总论2-3 对机器的主要要求机器的可靠度：在规定的时间或寿命内，预定环境下，机器能够正常工作的概率。2-4 机械零件的主要失效形式失效：零部件不能满足工作要求称为失效。（一） 整体断裂截面上的应力超过了零件的强度而发生的断裂或受变应力的作用产生的疲劳断裂。整体断裂：拉，压，弯，扭（二） 过大的残余变形零件上应力超过了材料的屈服极限，产生塑性变形，则零件产生残余变形。残余变形会降低机器的精度和性能。过大的残余变形：加工（夹持）（三） 零件的表面破坏零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳,热处理（电化学或化学侵蚀）。（
2、四）破坏正常工作条件引起的失效有些零件只有在一定工作条件下才能正常工作。如带传动，只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力才能正常工作，否则，出现打滑现象，影响正常工作。破坏正常工作条件引起的失效：打滑，共振，胶合塑性材料在静载荷作用下产生的失效形式为塑性变形；脆性材料在静载荷作用下产生的失效形式为断裂；不论何种金属材料在变载荷作用下产生的失效形式为疲劳破坏。2-5 设计机械零件时应满足的基本要求（一） 避免在预定的寿命期内失效的要求 强度 强度是必须满足的条件零件在工作中发生断裂或不允许的残余变形都属于强度不足。 提高强度的措施A) 采用高强度材料；B) 使零件具有足够的截面尺寸；C) 合理设计
3、零件的截面形状，以增大截面惯性矩；D) 采用热处理和化学处理的方法，提高材料的力学性能；D) 提高运动零件的制造精度，降低工作时的动载荷；E) 合理地配置机器中各零件的相互位置，降低零件上的载荷。 刚度刚度：弹性变形。 零件在工作时产生的弹性变形不超过允许的限度，这称为满足刚度条件。 提高刚度的措施A）增大零件的截面尺寸或增大截面惯性矩；B）缩短支承跨距或采用多支点结构； 寿命 零件正常工作延续的时间称为零件的寿命。 影响零件寿命的因素A）材料的疲劳；B）材料的腐蚀；C）零件表面的磨损；（五）可靠性要求零件和机器的可靠度是相同的：在规定的时间或寿命内，预定环境下，机器能够正常工作的概率。2-6
4、 机械零件的设计准则（一）强度准则强度准则就是指零件中的应力不得超过允许的极限。 （2-1） （2-2） 式中：为安全系数，为材料的极限应力。（二）刚度准则零件在载荷的作用下，产生的弹性变形（它广义地代表任何形式的弹性变形量）小于或等于机器工作性能所允许的极限值 （2-3）第三章 机械零件的强度3-1 材料的疲劳特性l 载荷机械工作时所受的力或力矩统称为载荷。载荷的大小或方向不随时间变化或变化极缓慢时，称为静载荷；载荷大小或方向不断随时间变化时，称为变载荷。l 应力载荷作用在零件上将产生应力。不随时间而变或随时间缓慢变化的应力称为静应力；不断地随时间而变的应力称为变应力。l 变应力的种类图中：
5、 T为应力变化周期， 为应力幅，为平均应力，绝对值最大应力，为绝对值最小应力。1）稳定循环变应力：应力变化周期、应力幅和平均应力均不随时间而变化；2）不稳定循环变应力：应力变化周期、应力幅或平均应力之一随时间而变化；3）随机变应力：应力变化不呈周期性而带偶然性。l 稳定循环变应力的种类1）非对称循环变应力 2）脉动循环变应力 3）对称循环变应力稳定循环变应力的应力比（应力循环特征）。、五个参数中，只由两个是独立参数。对称循环变应力：；脉动循环变应力：；静应力：。l 材料的疲劳特性描述参数：最大应力、应力循环次数、应力比。其他可用和来表示：，。 静应力强度（AB段）：应力循环次数N1000以前。
6、低周疲劳（BC段）：随着循环次数的增加，使材料发生疲劳破坏的最大应力不断下降。这一阶段的疲劳现象称为应变疲劳。由于应力循环次数相对很小，所以也叫做低周疲劳。高周疲劳（CD段）：CD段代表有限寿命疲劳破坏。在此范围内，试件经过相应次数的变应力作用后总会发生疲劳破坏。在D点以后，如果 时，则无论应力变化多少次，材料都不会破坏。故D点以后的水平线代表了试件无限寿命疲劳阶段。这两段曲线所代表的疲劳统称高周疲劳。大多数通用机械零件及专用零件的失效都是由高周疲劳引起的。（一）疲劳曲线有限寿命疲劳曲线：图3-1的CD段可用公式描述： （3-1）式中：为应力循环次数，为常数，为有限疲劳寿命极限，为变应力的应力
7、比。人们在作疲劳试验时，常规定一个循环次数，称为循环基数，将与相对应的疲劳极限称为该材料的疲劳极限(简写为)。由式（3-1）可得： （3-3）式中：称为寿命系数。m为材料常数，其值由试验来决定：3-2 机械零件的疲劳强度计算（四）提高机械零件疲劳强度的措施1）降低零件上的应力集中的影响2）选用疲劳强度高的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺 3）提高零件的表面质量如将处在应力较高区域的零件表面加工得较为光洁；对于工作在腐蚀性介质中的零件规定适当的表面保护等。4）尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹第四章 摩擦、磨损及润滑概述l 摩擦当在正压力作用下相互接触的两个物体受切
8、向外力的影响而发生相对滑动，或有相对滑动的趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力称为摩擦力，这一自然现象称为摩擦。l 磨损摩擦表面物质在摩擦过程中不断丧失或迁移的现象，即磨损。l 润滑在两摩擦表面间加入润滑剂，形成润滑膜，从而降低摩擦、减轻磨损和散热降温的作用，这种方法叫润滑。l 摩擦学研究有关摩擦、磨损和润滑的科学与技术称为摩擦学。4-1 摩擦l 摩擦的分类内摩擦：发生在物质内部、阻碍分子间相对运动的内摩擦；外摩擦：当相互接触的两个物体发生相对滑动，或有相对滑动的趋势时，在接触表面上产生的阻碍相对滑动的外摩擦；静摩擦：仅相对滑动的趋势时的摩擦；动摩擦：相对滑动进行中的摩擦；动摩擦又分为：
9、滑动摩擦和滚动摩擦；滑动摩擦又分为：干摩擦、边界摩擦（边界润滑）、流体摩擦（流体润滑）和混合摩擦（混合润滑）干摩擦：表面上无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦，其阻力最大；流体摩擦：两相对运动表面被流体层（液体或气体）隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间的粘性阻力的摩擦； 边界摩擦：两相对运动表面被吸附在表面的边界膜隔开，摩擦性质不取决于流体粘度，而与边界膜和表面的吸附性质有关的摩擦； 混合摩擦：摩擦处于干摩擦、边界摩擦及流体摩擦的混合状态； 4-2 磨损一、 磨损运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移，即形成磨损。二、 磨损的三个阶段磨合磨损（跑合磨损）阶段、稳定磨损阶段、剧烈
10、磨损阶段a) 磨合磨损阶段新的摩擦副表面较粗糙，在10%50%的额定载荷下进行试运转，使摩擦表面的凸峰被磨平，实际接触面积逐步增大，压强减少和表面材料加工硬化两个过程。磨合阶段对新机器是十分必要的。b) 稳定磨损阶段零件在平稳而缓慢的速度下磨损，摩擦条件保持相对恒定。它标志着零件正常工作寿命的长短。c) 剧烈磨损阶段经过稳定磨损阶段，零件的表面遭到破坏，运动副的间隙加大，精度降低，效率减少，引起动载荷，不能保持良好的润滑状态，摩擦副的温度急剧升高，磨损速度急剧加快。应缩短磨合期、延长稳定期、推迟急剧磨损期的到来。 三、 减少磨损的主要措施（1） 选用适合的润滑剂和润滑方法。（2） 按零部件的主
11、要磨损类型选择材料，如不要选同种材料可降低粘着磨损，选择硬度高的材料可减轻磨粒磨损。（3） 合理选择热处理和表面处理方法，如表面淬火和表面化学处理。（4） 适当降低表面粗糙度。（5） 用滚动摩擦代替滑动摩擦。4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法（一）润滑剂l 润滑剂的作用降低摩擦副之间的摩擦、减轻磨损、防锈、散热降温、缓冲、吸振能力。l 评价润滑油的几个指标 粘度 粘度是流体流动时内部摩擦力的度量。 运力粘度1687年牛顿提出了粘性液的摩擦定律，流体中任意点处的切应力与该点处的速度梯度成正比，即 (4-3)式中：比例系数，即流体的动力粘度，单位为。压力和温度对粘度的影响，压力增大粘度增大，温度升高
12、粘度降低。第五章 螺纹连接和螺旋传动5-1 螺 纹一、螺纹的类型和应用1.分类：v 按用途分1）连接螺纹：起连接作用的螺纹，保证连接强度。用于连接的螺纹牙型要求牙型强度高、自锁性能好。如普通螺纹（三角螺纹）。 2）传动螺纹：起传动作用的螺纹，保证螺旋副的传动精度、磨损和磨损寿命等。v 按几何参数可分公英制螺纹；粗细牙螺纹；左右旋螺纹；单线及多线螺纹。连接螺纹：一般为单线、粗牙、右旋的三角螺纹。细牙：直径相同，节距小，螺旋升角小，牙浅，自锁性好，但不耐磨，易滑扣。多用于薄壁、细小零件或变载荷、冲击和振动的连接场合。5-2 螺纹连接的类型和标准连接件一、螺纹连接的基本类型1螺栓连接用于两被连件均不
13、太厚的场合。1）普通螺栓连接：不论连接受横向载荷还是轴向载荷，螺栓均只受轴向载荷。孔的加工精度低。 2）铰制孔用螺栓连接：基孔制过渡配合，直接承受横向载荷，一般用来承受轴向载荷。除起连接作用外，还起定位作用。孔的加工精度高。2双头螺柱连接两被连接件一薄一厚，不宜制成通孔，且经常拆装的场合，拆卸时只需拧下螺母即可。如图5-3a所示。3. 螺钉连接螺钉连接不使用螺母，而是利用螺钉穿过一连接件，拧入另一连接件的螺纹孔内实现连接。两被连接件一薄一厚，且不经常拆装的场合。如图5-3b所示。5-3 螺纹连接的预紧 预紧：装配时拧紧。 预紧力：预紧时预加的作用力。（一） 预紧的目的1. 提高连接的紧密性。2
14、. 提高连接的可靠性。 3. 防止连接松动或被连接件间出现缝隙或发生相对滑移。对于重要的连接，装配时要控制预紧力。5-4 螺纹连接的防松 螺纹连接防松的实质在于限制螺旋副的相对转动。以防止连接的松动，影响正常工作。 螺纹连接的防松按工作原理可分为三类（P68表5-3）： 1. 摩擦防松 2. 机械防松 3. 不可拆卸防松（铆冲；粘接；焊接）对于静载和温度变化不大，利用螺纹自锁防松。l 利用摩擦防松用摩擦力矩来防止相对转动，有对顶螺母，弹簧垫片、弹簧锁紧螺母和尼龙圈锁紧螺母等。 l 机械防松l 破坏螺纹副关系防松5-5 螺栓组连接的设计l 螺栓组两个零件用螺栓连接时，常常同时使用若干个螺栓，称为螺栓组。（二） 螺栓组连接的受力分析 螺栓连接大多工作之前应预紧，称为紧螺栓连接；5-6 螺纹连接的强度计算4螺栓的破坏形式和设计准则v
